JPS6062896A - 電流制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は電流制御回路に係プ、特に、電流指令に基づい
て駆動する制御対象の駆動電流を、電流指令に追従させ
る制御を行なうのに好適な電流制御回路に関する。

〔発明の背景〕

ロボット用サーボ制御回路等において、電流指令に基づ
いて駆動する制御対象、例えば電動機の駆動電流を電流
指令に追従させる制御を行なう電流制御回路が用いられ
ている。

この種従来の電流制御回路は、例えば電動機の駆動電流
値を指令する電流指令と、電流指令に基づいて駆動する
電動機の平均値電流をフィードバックする系の帰還量と
を比較してその偏差をめ、該偏差を抑制する電流変化率
指令を生成するメジャーループ系と、電動機の瞬時電流
値の変化量をフィードバックする系の帰還量と電流変化
率指令とを比較してその偏差をめ、該偏差を抑制する操
作量を生成するマイナーループ系とによシフイードパッ
ク制御系を形成し、前記操作量に応じたスイッチング信
号を、パルス幅変調回路を構成するスイッチング素子に
与えて電動機を駆動し、電動機の駆動電流を、電流指令
に追従する制御を行なうように構成されている。ところ
が、従来の電流制御回路は、電流指令の極性が、負から
正又は正から負に切シ換ったとき、マイナールーズ系の
帰還量が急激に増大し、電動機に電流が流れないデッド
タイムが数パルス幅周期の間生じ、その間電動機にトル
クが生じないという不具合があった。

〔発明の目的〕

本発明は、前記従来の課題に鑑みて為されたものであシ
、その目的は、制御対象の駆動電流値を指令する電流指
令の極性が切す１東ったとき、制御対象の駆動電流を、
電流指令に追従させる応答性を高めることができる電流
検出回路を提供することにある。

〔発明の概要〕 前記目的を達成するために、本発明は、制御対象の駆動
電流値を指令する電流指令と、電流指令に基づいて駆動
する制御対象の平均値電流をフイをめ、該偏差を抑制す
る電流変化率指令を生成するメジャールーズ系と、制御
対象の瞬時電流値の変化量をフィードバックする系の帰
還量と電流変化率指令とを比較してその偏差をめ、該偏
差を抑制する操作量を生成するマイナーループ系とによ
シフイードバック制御系を形成し、前記操作量に応じた
スイッチング信号をスイッチング素子に与えて制御対象
を駆動し、制御対象の駆動電流を、電流指令に追従させ
る制御を行なう電流制御回路において、電流指令の極性
が切シ換ったとき、マイナールーズ系の帰還量を操作量
生成の要素から一旦除外し、電流変化率指令により操作
ｉを生成するようにしたことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。

第１図には、直流電動機を駆動源とする産業用ロボット
、ＯＡ機器用サーボ制御回路の電流制御回路として用い
るに好適な実施例の構成が示されている。

図において、三相交流電源１からの電力が、整流回路２
、コンデンサ３を介してトランジスタノくルス幅変調回
路４に供給されている。トランジスタパルス幅変調回路
４は、トランジスタ４１〜４４、ダイオード４５〜４８
で構成されており、パルス幅変調信号発生回路１１から
のスイッチング信号により各トランジスタが順次作動し
、直流電動機６に、リアクトル５を介して直流電流を供
給するように構成されている。なお、コンデンサ３は、
電源平滑と、直流電動機６からの回生エネルギーを蓄積
するために、大容量のもので構成されている。

ここで、制御対象となる直流電動機６の駆動電流値を指
令する電流指令に追従させる制御を行なうために、本実
施例における電流制御回路が以下のように構成されてい
る。

即ち、直流電動機６の電流値を検出する電流検出器７、
電流検出器７の検出出力を増幅する電流検出出力１２、
電流検出回路１２の出力信号であるアナログ信号をデジ
タル信号に変換するアナログ・デジタル変換器（以下Ａ
Ｄ変換器と称する、）１３と、ＡＤ変換器１３の出力及
び電流指令ＩＲＩＦが与えられ、電流制御プログラム−
に従ってトランジスタパルス幅変調回路４の操作量等を
処理演算するマイクロコンピュータ１０、トランジスタ
パルス幅変調回路４の各トランシスタラ駆動するペース
ドライブ回路を有し、マイクロコンピュータ１０からの
指令によりノくルス幅変調動作モードに応じてトランジ
スタ４１〜４４の駆動信号を発生するパルス幅信号発生
回路１１から構成されている。

電流検出回路１２は、第２図に示されるように、電流検
出器７の検出出力を増幅する増幅器１２０、増幅器１２
０の出力信号を平均値で出力するだめのフィルタ１２１
から構成されており、増幅器１２０、フィルタ１２１の
各出力はＡＤｆ換器１３に供給されている。

前述した電流制御回路は、第３図に示されるように、電
流指令ＩＲ＋！＋Ｆと、直流電動機６の平均値の電流を
フィードバックする系の帰還量工ｆとを比較してその偏
差ｅをめ、この偏差ｅを抑制する電流変化率指令ＩＲＣ
を生成するメジャーループ系と、直流電動機６の瞬時電
流値の変化量をフィードバックする系の帰還量ＩＲＦと
電流変化率指令ＩＲＣとを比較してその偏差をめ、この
偏差を抑制する操作量Ｍを生成するマイナーループ系と
によシフイードバック制御系を形成し、操作量Ｍに応じ
たスイッチング信号をトランジスタパルス幅変調回路４
に与えて直流電動機６を駆動し、直流電動機６の駆動電
流全電流指令ＩＲＢＦに追従させる制御を行なうように
構成されている。具体的には、電動機電流Ｉａが、増幅
部２１によって増幅されメジャーループ系の演算部２２
とマイナーループ系の電流差分補償演算部１０２に供給
されている。増幅部２１のゲインＦｃは電流検出器７と
電流検出回路１２のゲインに相当するものである。

演算部２２に供給された信号はフィルタ１２１によって
定まる伝達関数Ｇｙ（ｓ）によシ平均値の電流に丈換さ
れ、帰還量Ｉｆとして電流指令Ｉｎｘげと比較される。

電流指令ＩＲＥＦと帰還量Ｉｆとの偏差ｅは比例補償演
算部１００に与えられ、演算部の定数ＫＣと乗算され、
リミッタ処理部１０１に供給される。

リミッタ処理部１０１は比例補償演算部１００の出力を
所定値に抑制し、電流変化率指令ＩＲＣを生成する。電
流変化率指令ＩＲＣはマイナーループ系の帰還量ＩＲＦ
と比較される。この帰還量ＩＲＦは、定数Ｋｎ　Ｓで表
わされる電流差分補償演算部１０２によって、増幅部２
１の出力信号を直流電動機６の瞬時電流の変化量として
めたものである。

電流変化率指令Ｉｎｃと帰還量ＩＲＦとの偏差が積分補
償演算処理部１０３に与えられ、この処理部についての
定数Ｋ　ｒ　／　Ｓと乗算され、操作量Ｍに生成される
。操作量Ｍは演算部２０に与えられ、伝達関数Ｇｍ　（
ｓ　）に従って直流電動機６が駆動される。

このように構成された制御系において、偏差ｅが大きい
場合、即ち、比例補償演算部１００の出力がリミッタ値
に達している場合には、マイナーループ系の指令値であ
る電流変化率指令Ｉａｃがリミッタ値になる。そのため
、リミッタ値を可変することによシミ流度化率を制御す
ることができる。

又、電流変化率がマイナールーズ系によって制御される
ので、比例補償演算部１００のゲインを高くとっても安
定な制御を行なうことができる。

本実施例は以上の構成からなシ、次に、第４図のフロー
チャートに基づいてその作用を説明する。

マス、マイクロコンピュータ１ｏ及びパルス幅変調信号
発生回路１１の内部ワークメモリの初期化をするための
初期設定処理がなされる（ステップ２００）。次にステ
ップ２０１に移シ、スタートスイッチの情報を基に、電
流制御プログラムを起動するか否かの判定を行なう。こ
のステップでＮＯと判定された場合にはステップ２０２
に移シ、トランジスタ４１〜４４をＯＦＦにするストッ
プ処理がなされる。一方、ステップ２０１でＹＥＳと判
定された場合にはステップ２０３，２０４゜２０５の処
理が順次行なわれる。

ステップ２０３は、比例補償演算部１００．積分補償演
算処理部１０３、電流差分補償演算部１０２を実行して
トランジスタパルス幅変調回路４の操作量Ｍを算出する
電流制御演算処理が行なわれる。ステップ２０４におい
て、操作量Ｍを基にトランジスタパルス幅変調回路４の
パルス幅変調動作モード（ドライブ、フライホイール、
回生モード、電流切り換えモード）を選択するだめのパ
ルス幅変調動作モード処理がなされる。又、ステップ２
０５においては、平均値Ｉｆ、瞬時値ｉを検出するため
のＡＤ変換器１３の起動、変換値の読み込み、さらにス
テップ２０３で算出した操作量Ｍやステップ２０４で選
択したパルス幅変調動作モードをパルス幅変調信号発生
回路１１に設定する処理がなさｎる。

ステップ２０３の具体的な処理は、第５図に示されるよ
うに、まずステップ３００において、平均値電流の偏差
ｅ（ｎ）−Ｉｉｘｙ（”）Ｉｆ（ｎ）を算出し、ｅ（ｎ
）と比例補償定数Ｋｃとから電流変化率指令Ｉｎｃ　（
ｎ）＝Ｋｃ　−ｅ　（ｎ　）を算出すル（ステップ３０
１）。

次に、マイナールーズ系の帰還量ＩＲＦを算出する電流
差分補償処理を行なうために、（０１時点の処理におい
て、（ｎ−１）時点に操作量Ｍの極性変化があって、パ
ルス幅変調動作モード処理（ステップ２０４）内で電流
切換え処理（第６図のステップ４０２〜４０４の処理）
を実行したか否かを７ラグＦＬＧから判定する（ステッ
プ３０２）。即ち、このステップでは、現時点の処理が
電流切換え処理の第１回目の処理か否かを判定する。

そして、この判定結果によシ、フラグＦＬＧ＝０であシ
、前回の電流切換え処理が実行されない場合は、通常の
電流差分補償演算処理を実行し、瞬時電流ｉからマイナ
ーループ系の帰還量ＩＲＦ（ｎ）＝Ｉ（Ｄ　（ｉ　（ｎ
）　−ｉ　（ｎ−１））を算出する（ステップ３０３）
。一方、ステップ３０２でフラグＦＬＧ＝１と判定され
、電流切換え処理後第１回目の場合には、電流差分補償
処理を行なわず、単にマイナーループ系の帰還量ＩＲＦ
　（ｎ　）　＝　０とする電流差停学処理を行なう（ス
テップ３０４）。そして、この処理、即ちステップ３０
４ｉ実行したことを示すためにフラグＦＬＧ＝Ｏとリセ
ットする処理を実行する（ステップ３０５）。

このようにして得られた帰還量ＩＲｐ（ｎ）と電流変化
率指令ｈａ（ｎ）を基に積分補償演算を実行してトラン
ジスタパルス幅変調回路４の操作量Ｍ（［１）を算出す
る（ステップ３０６）。なお、ステップ３０２，３０５
におけるフラグＦＬＧは、パルス幅変調動作モード処理
（ステップ２０４）内の電流切換え処理実行時にセット
される。

次に、ステップ２０４の具体的内容を第６図に基づいて
説明する。

まず、ステップ４００において操作量Ｍが正か負かの判
定を行ない、正の場合にはステップ４０１の処理に移り
、負の場合には負側の処理を実行するためにステップ４
０Ｇに移る。なお、ステップ４０６の処理は、ステップ
４０１〜４０４の処理とは正負の違いだけで処理内容が
同一なので、ステップ４０１〜４０４についてのみ説明
する。

ステップ４０１においては、操作量Ｍの極性が負から正
に変化したか否かを判定し、極性の変化がなければ正側
のドライブモート責直流電動機６に電流を流し込むモー
ド）を選択する処理ステップ４０４に移る。ステップ４
０１でＹＥＳと判定され、即ち極性の変化があった場合
にはトランジスタ４１〜４４をＯＦＦにする処理がなさ
れる（ステップ４０２）。このときフラグＦ　Ｌ（［−
セラ）　（ＦＬＧ＝１　）の処理を実行する（ステップ
４０３）。これらの処理のうちステップ４０２〜４０４
が電流切換えの処理である。又、本実施例においては電
流切換え時間（約３０μｓ）を確保するだめのディレィ
処理がなされる（ステップ４０５）。

以上の処理に基づいて電流指令ＩＲＥ　ｙの極性が、例
えば負から正に切換ねると、直流電動機６の電流工ａ及
びマイナールーズ系の帰還量ＩＲＦが第７図に示される
ように変化する。

即ち、期間（ＩＩ）では期間ＣＩ）で電流指令ＩＲｇｐ
が負から正へ急変したことによシ、操作量Ｍの極性変化
が起シ、ステップ４０２〜４０４の処理が実行される。

その結果、トランジスタ４１〜４４が全てＯＦＦとなる
処理（ステップ４０２）の時点でトランジスタパルス幅
変調回路４が第９図の（ａ）のフライホイルモードから
（ｂ）に示される回生モードとなシ、電動機電流工ａが
急減する。期間（Ｉ［）においては、前述したように、
電流切換え処理後第１回目に相当するので、判定処理（
ステップ３０２）によって電流差分補償処理（ステップ
３０３）を実行せず、電流差停学処理（ステップ３０４
）を実行する。従ってマイナーループ系の帰還量ＩＲＦ
が破線のように増大することなく零に維持されるので、
マイナーループ系の偏差（ＩＲＣ（ＩＩＩ）　ＩＲＦ　
（ＩＩＩ））が負に急変することはない。そのため期間
（Ｍ）以降、操作量Ｍの極性は正のままで増え続け、電
動機電流■ａは電流指令■Ｒｎｔに相当する値まで増加
する。そして、電動機電流■ａを電流指令工Ｒｖｙに追
従させる制御が継続される。

このように本実施例においては、電流指令Ｉｎ　ｌ　Ｆ
の極性が切シ換っても、電動機電流■ａが流れなくなる
デッドタイムが生じることがないので、電動機電流Ｉａ
を電流指令ＩＲＥＦに追従させる応答性を高めることが
できる。

ここで、従来のように、電流指令ＩＲＥＦの極性が切シ
換りたときマイナールーズ系の帰還量を操作量生成の要
素から一旦除外する処理を行なわなければ、第８図に示
されるように、電動機電流Ｉａが流れなくなる期間が生
じる。

即ち、電流指令Ｉｉｇｙが負から正に急変したとき、こ
の期間（Ｉ）の終シにＡＤ変換器１３を起動して得た負
の電流帰還量ＩＰと電流指令ＩＲＩ　Ｆとの偏差を演算
すると偏差ｅは正の値に多くなる。

その結果、操作量Ｍの極性が負から正に変化する。

この操作量Ｍを基に引き続き実行するパルス幅変調動作
モード処理は操作１ｆｔＭの極性が負から正に変化しブ
ζことにより、トランジスタパルス幅変調回路の動作モ
ードを負電流モードから正電流モードになるような信号
が出力され、トランジスタ４１〜４４がＯＦＦになる。

トランジスタ４１〜４４がＯＦＦとネる時間及びベース
ドライブ回路の遅れ時間を考慮した電流切換え動作時間
（約３０μｓ）は、直流電動機６の動作モードが、第９
図に示されるようにフライホイルモードから回生電流モ
ードとなシ、電動機電流工ａが第８図の時点（ａ）のよ
うに急減する。この結果、（■）における電流制御演算
では、マイナーループ系の帰還量ＩＲＦ　（ＩＩ［）　
＝Ｋｎ　（ｊてＩ）−ｉ（ＩＩ））は、第８図に示され
るように急激に増大し、マイナールーズ系の電流変化率
の偏差は（ＩＲ（！　（ＩＩ　）　ＩＲＦ（ＩＩＩ））
、操作量Ｍが再び負となる。

従って、期間（ＩＩ）同様パルス幅変調動作モード処理
によって、正から負への電流切換え信号はパルス幅変調
信号発生回路１１に出力される。その後の期間（ＩＶ）
の帰還量ＩＲＦ（■）＝ＫＤ（’　（ＩＩ　）−ｉ　（
ＩＩＩ）・）が零になるので、電流変化率偏差（ＩＲＣ
（ＩＶ）　−ＩＲＦ　（■）　）が再び正となｐ、操作
量Ｍが除々に正の値に増加し、正電流への電流変換処理
が期間（ＶＩ）で行なわれ、期間（■）よシ正電流が流
れる。ここで、期間（■）〜（ｌの電流が零になってい
るのは、正に回復する過程の操作量Ｍが比較的小さく、
トランジスタパルス幅変調回路４の非線形特性、即ち、
ある程匿大きい操作量以上にならないとパルス幅変調電
圧が発生しないという特性の影響を受けるためである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、電流指令の極性
が切換ったとき、マイナールーズ系の帰還量を操作量生
成の要素から一旦除外し、電流変化率指令によシ操作量
を生成するようにしたので、電流指令の極性が切り換っ
ても、制御対象の駆動電流を、制御指令に追従させる応
答性を高めることができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図、第２図は
電流検出回路の構成説明図、第３図は本発明に係る電流
制御系のブロック図、第４図は第３図に示す制御系の作
用を説明するだめのフローチャート、第５図は第４図に
示す電流制御演算の詳細を説明するためのフローチャー
ト、第６図は第４図に示すパルス幅変調動作モードの具
体的処理を示すフローチャート、第７図は第３図に示す
制御系の作用を説明するためのタイムチャート、第８図
は従来の電流制御回路の作用を説明するだめのタイムチ
ャート、第９図の（ａ）、（ｂ）は第１図に示すトラン
ジスタパルス幅変調回路の動作モードを説明するための
図である。 １・・・三相交流電源、２・・・整流回路、４・・・ト
ランジスタパルス幅変調回路、６・・・直流電動機、７
・・・電流検出器、１０・・・マイクロコンピュータ、
１１・・・パルス幅変調信号発生回路、１２・・・電流
検出回路、１３・・・ＡＤ変換器。 代理人　弁理士　鵜沼辰之 第　１尺 ８２日 茅３　回 ０ 茅４　図 ′１）５図 第２図 第　９　図 明　（ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、制御対象の駆動電流値を指令する電流指令と、電流
   指令に基づいて駆動する制御対象の平均値電流をフィー
   ドバックする系の帰還量とを比較してその偏差をめ、該
   偏差を抑制する電流変化率指令を生成するメジャールー
   プ系と、制御対象の瞬時電流値の変化量をフィードバッ
   クする系の帰還量と電流変化率指令とを比較してその偏
   差をめ、該偏差を抑制する操作量を生成するマイナール
   ープ系とによりフィードバック制御系を形成し、前記操
   作量に応じたスイッチング信号をスイッチング素子に与
   えて制御対象を駆動し、制御対象の駆動電流を、電流指
   令に追従させる制御を行なう電流制御回路において、電
   流指令の極性が切シ換ったとき、マイナーループ糸の帰
   還量を操作量生成の要素から一旦除外し、電流変化率指
   令にょシ操作量を生成することを特徴とする電流制御回
   路。